Особенности расчета суммарного коэффициента теплоотдачи в электрических и топливных печах, страница 2

Степень черноты дымовых газов зависит от их состава. В состав печных дымовых  газов   в основном входят азот (N₂), углекислый газ (СО₂) и водяной пар (Н₂О).

Одно - и двухатомные газы имеют ничтожно малую интенсивность теплового излучения. Поэтому степень черноты дымовых газов определяется из выражения:

e_G = e_СО2 +  b*e^,_Н2О ,                                                             (1.14)

где e_со2- степень черноты углекислого газа;   e^,_н2о - условная степень черноты водяного пара;  b  - поправочный коэффициент на парциальное давление водяного пара.

Степень черноты газа зависит от его температуры, парциального давления (p) и средней эффективной длины лучей (S_эф.) в рассматриваемом газовом объеме. Величина  p  [Н/ см²( атм. )] численно равна объемной доле газа в составе продуктов горения. Величину S_эф. приближенно можно определить из выражения :

S_эф.  =  ( 0,8...0,9)  м,                                                         (1.15)

где V - объем, заполненный излучающим газом, м³; F -  площадь всех стенок, ограничивающих этот объем,  м².

Для определения степени черноты e_со2 и e_н2о и коэффициента  b  применяются номограммы (рис. 1.1).

Множитель  K  в зависимости от степени черноты печных газов и степени развития кладки при b = 0,85 и b = 0,95, где b = e_M  +  e_G(1 -  e_M), можно определить по графику, предложенному Д.В.Будриным (рис. 1.2).

Рис.  1.2.  График для расчета множителя 

Таким образом, приведенный коэффициент излучения газа, кладки и металла, входящий в формулу коэффициента теплоотдачи излучением, зависит от степени черноты металла и газов и степени развития кладки. Его значение будет увеличиваться при повышении e_M  и e_G  и степени развития кладки (т.е. при увеличении F_P и уменьшении F_M).

При нагреве в пламенных печах с e_M = 0,8 , e_G = 0,30...0,35  и  w = 3,0...3,5  значение произведения  5,67·e_M·K = C_GKM = 2,7...3,3. При нагреве в защитной атмосфере (ПС - 0,6 )  С_GKM = 1,4, а для атмосферы ДА -  С_GKM = 1,2.

Интенсивность конвективного теплообмена в рабочем пространстве печи зависит от скорости движения дымовых газов, а также от их физических свойств, формы и размеров нагреваемых изделий, температуры газов и кладки. Для среднетемпературных печей не имеющих принудительной циркуляции печной атмосферы он может быть принят равным                         10...15 Вт/(м²·K).

При вынужденном движении воздуха или дымовых газов в каналах в условиях наиболее характерного для печей турбулентного режима коэффициент теплоотдачи конвекцией равен:

a_K = Z ,                                                                        (1.16)

где  w - скорость движения газов , м/ с ;  d - эквивалентный диаметр канала ( для каналов круглого сечения  d = ; здесь S - площадь сечения канала; p - периметр сечения );

Z - коэффициент, зависящий от температуры дымовых газов, а именно:

t_P, °С... 600      800     1000     1200     1400

Z       ... 1,99     1,77     1,61      1,48      1,39

K_L - коэффициент, зависящий от отношения длины канала L к его диаметру  d:

L/ d...     2          5          10          15          20          30          40          50

K_L   ...   1,40     1,24      1,14       1,09       1,07       1,04       1,02       1,00

K_Н2О - коэффициент, величина которого зависит от содержания водяных паров в дымовых газах или воздушном потоке:

Н₂О, % ...     0          2          5          10          15          20         25           30

K_Н2О           ...    1,00    1,18     1,24     1,29       1,34       1,39      1,43        1,47

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при турбулентном движении воздуха или продуктов сгорания в каналах можно определить также  с помощью следующей приближенной формулы:

a_K = 4,42  ,                                                                            (1.17)

где  W_O - приведенная ( 0^°С ;  1,01310⁵ н/ м²  или 760 мм рт. ст.) скорость движения газов , м/ с;  d - эквивалентный диаметр канала, м.

Если известна скорость газов W при температуре t, °С, то

W_O =   ,                                                                                (1.18)

Для вынужденного движения газов вдоль плоской поверхности конвекцией для приближенных расчетов определяется по следующим формулам:

а) при скорости движения газов W  4,65  м/ с

для полированной поверхности

a_K = 5,58  +  4,25 W_O                                                                     (1.19)

для прокатанной поверхности

a_K =  5,81  +  4,25 W_O                                                                   (1.20)

для шероховатой поверхности

a_K =  6,16  +  4,49 W_O ,                                                                 (1.21)

б) при скорости движения газов  W_O > 4,65 м/ c

для полированной поверхности

a_K = 7,51 W_O^0,78  ,                                                                          (1.22)

для прокатанной поверхности

a_K = 7,53 W_O^0,78  ,                                                                          (1.23)

для шероховатой поверхности

a_K = 7,94 W_O^0,78  ,                                                                           (1.24).